Реферат мониторы (стр. 2 )

Еще одним параметром монитора является материал люминофора. Обычно это фосфор Р22 со средне-короткой длительностью послесвечения. Часто упоминается максимальный угол отклонения луча (Deflection), который составляет 90 градусов и определяет отношение ширины кинескопа к его глубине. Практически все мониторы имеют темный экран (Darkface), повышающий контрастность изображения и улучшающий качество цветопередачи. Для этой цели при изготовлении кинескопа применяют стекло с низким коэффициентом пропускания (Transmission Rate, TM), что делает изображение отдельных точек люминофора, видимое через экран, более отчетливым и препятствует нежелательному смещению цветов при прохождении лучей через экранное стекло. Правда, при этом понижается яркость изображения, поэтому выбирают некоторый компромиссный коэффициент прозрачности, который находится в пределах 40-50%.

3 Частотные характеристики монитора

Частоты синхронизации

При формировании одного кадра изображения каждый из трех электронных пучков проходит от одного края экрана до другого (рисует строку), подсвечивая нужные точки с требуемой интенсивностью, и делает это столько раз, каков режим разрешения по вертикали (количество строк). Процессом развертки луча управляют сигналы синхронизации, вырабатываемые видеоадаптером. Для получения устойчивого изображения, хорошо воспринимаемого глазом, необходимо, чтобы кадр обновлялся достаточно часто – в несколько раз чаще, чем в кинематографе. Это связано с тем, что расстояние между монитором и пользователем меньше, чем между экраном и зрителем в кинотеатре. Электронная система монитора обеспечивает строчную (движение по строкам, ил горизонтальную) и кадровую (смена кадра, или вертикальную) развертки, которые характеризуются соответствующими частотами, называемыми Scanning Frequency, Synchronization, Deflection Frequency, с обязательным указанием направления (Horizontal или Vertical). Частота вертикальной синхронизации иногда обозначается как Refresh Rate. Частота горизонтальной развертки может быть приближенно оценена как произведение числа строк на частоту обновления кадров. Реально она немного (на 3-10%, в зависимости от режима) выше такой оценки, что связано с переходными процессами при обратном ходе пучка в верхнюю часть экрана во время смены кадра.

Автоматический выбор частот

В самых первых моделях мониторов, предназначенных для работы в одной видеомоде, применялась единственная комбинация частот вертикальной и горизонтальной синхронизаций, причем частота обновления кадров была невелика – не более 60 Гц. Такие мониторы назывались одночастотными. Ввиду несовершенства системы развертки на этих устройствах была даже предусмотрена подстройка частоты горизонтальной синхронизации.

Увеличение графических приложений потребовало увеличения кадровой частоты, кроме того, новые приложения начали использовать более высокие разрешения. Поэтому, чтобы можно было работать с новыми пакетами, не отказываясь от привычных старых, потребовались мониторы, способные поддерживать несколько фиксированных частот синхронизации. Так появились многочастотные мониторы.

Для псевдоувеличения частоты кадровой развертки был внедрен режим Interlaced – чересстрочной развертки, формирующий кадр за два прохода. При первом проходе воспроизводятся только нечетные строки кадра, при втором – только четные. При этом говорилось о повышении частоты кадровой синхронизации, которая обычно равнялась 87 Гц. Однако реальная частота была вдвое ниже, что было явно неудовлетворительно для работы и утомительно для глаз, поэтому сразу же после появления мониторов с режимом Interlaced посыпались отрицательные отзывы о качестве их изображения, а наряду с Interlaced-мониторами выпускались аппараты, которые обеспечивали высокую частоту смены кадров без применения способов чередования. Чтобы отличить более качественные мониторы, их назвали Non-Interlaced. Развертка Non-interlaced называется также “прогрессивной”.

Дальнейшее развитие программных продуктов и прогресс в области радиоэлектроники позволили отказаться от фиксированных частот синхронизации. В современных мониторах частота и горизонтальной, и вертикальной разверток может быть выбрана любой из диапазона частот, поддерживаемых монитором, что дает широкий простор для создания различных приложений. Эта особенность современных мониторов обозначается в документации термином “автоматическое сканирование” или “мультисканирование” (Autoscan, Multiscan, Multifrecuensy, или MultiSync), а также отражается в их названии (серии мониторов MultiSync фирмы NEC, Multiscan фирмы Sony, SyncMaster от Samsung).

Полоса частот видеоусилителя и тактовая частота видеосигнала.

Есть еще одна частотная характеристика, называемая полосой частот, хотя правильнее было бы назвать ее верхней границей частотной характеристики видеотракта, поскольку для полосы надо определять и нижнюю границу. Эта характеристика обозначается как Bandwidth. Она определяет верхнюю границу полосы пропускания видеоусилителя. Обычно ее измеряют в мегагерцах по спаду характеристики на – 3 децибела от максимального значения. На монитор от видеоадаптера, кроме синхроимпульсов кадровой и строчной разверток, подаются также сигналы интенсивности каждого из составляющих цветов для каждого пикселя изображения, которые представляют собой последовательность видеоимпульсов различной амплитуды. Она и определяет интенсивность электронного пучка (а значит, и интенсивность свечения люминофора) в данной точке. Нетрудно посчитать, что интенсивность луча должна меняться с частотой, равной (в первом приближении) произведению числа строк на число вертикальных полос выбранного разрешения и на частоту обновления кадров. Так, для режима XGA при частоте кадровой развертки 1024х769х75Гц»59 Мгц. Тактовая частота видеосигнала (видеоимпульсов) – Dot Rate, Pixel Rate, Pixel Clock – в 1,33¸1,40 раза выше этой оценки, что связано с переходными процессами и обратным ходом луча. Видеоадаптер вырабатывает низковольтные видеосигналы, их максимальная амплитуда не превышает 0,7-1 В. Этот сигнал затем усиливается видеоусилителем и подается на модулирующие электроды кинескопа. Для того, чтобы видеосигнал проходил без искажения, необходимо, чтобы граница полосы пропускания видеотракта превышала тактовую частоту сигнала. Максимальное значение частоты видеоимпульсов, при котором еще и возможно получение качественного изображения, соответствует значению верхней границы полосы видеотракта. Если реализуется режим, требующий частоты видеоимпульсов, превышающий Bandwidth (это возможно, если требуемые частоты синхронизации поддерживаются монитором), то изображение на экране будет расплывчатым.

Требования к частотным характеристикам

Для того чтобы нагляднее представлять себе масштабы указанных величин, в табл. 3 приведены приблизительные (округленные) частоты синхронизации и тактовые частоты видеоимпульсов для некоторых опорных режимов IBM-совместимых компьютеров, соответствующие стандартам VGA и VESA (Video Electronics Standard Association - Ассоциация стандартов в области видеоэлектроники, которая определяет подавляющее большинство стандартов видеосистем для IBM-совместимых компьютеров, в частности, стандарты на разрешения частоты синхронизации, уровни сигналов, компьютерные шины и т. д.).

Главным и наиболее наглядным частотным параметром монитора является частота кадровой развертки, указанная для определенного разрешения. Именно эта характеристика определяет уровень мерцания изображения и утомляемость при работе и наряду с качеством фокусировки влияет на эффективное разрешение, т. е., в конечном счете, на эффективный размер экрана. Пару лет назад ассоциация VESA установила минимальную частоту кадровой развертки для выполнения эргономических требований при работе с монитором, которая составляла 70 Гц в “прогрессивном” режиме горизонтальной развертки. Затем планка поднялась до значения 72 Гц. Новый стандарт ErgoVga предложенный VESA, определяет минимум этой частоты на уровне 75 Гц для разрешения 1024х768; есть сообщения о следующих шагах – 80 и 85 Гц.

Таблица 3. Связь частотных характеристик монитора

Разрешение, пиксель	Частота вертикальной синхр., Гц	Частота горизонтальной синхр., Гц	Dot Rate
640х480	60 120	31.5 61	25 50
800х600	60 75 80 100	38 47 50 64	40 50 53 67
1024х768	60 75 80	48 60 64	65 79 84
1280х1024	60 75 80	64 80 86	108 135 144
1600х1200	60 75 80	75 94 100	160 200 210

Если монитор при выбранном разрешении не обеспечивает такой скорости обновления кадров, то лучше выбрать режим с меньшим разрешением, на котором, тем не менее, значение 75-80 Гц достигается. В противном случае работа за компьютером будет опасна для зрения. Некоторые мониторы имеют верхнюю границу диапазона частот кадровой развертки порядка 120-160 Гц. Такие частоты возможны на разрешениях, которые существенно ниже эффективного.

К другим частотным характеристикам монитора относится диапазон частот строчной развертки. Поскольку компьютер должен иметь возможность работать под DOS, на всех мониторах предусмотрен режим 640х480 при частоте кадровой развертки 60 или 70 Гц, что определяет нижнюю границу диапазона частот строчной развертки (порядка 30-31 кГц), которая стандартна для всех мониторов любого размера. Для удовлетворения эргономических требований верхняя граница для 15-дюймовых мониторов должна быть не ниже 60-64 кГц, а для 17-дюймовых – 80-86 кГц. Если монитор 15 дюймов имеет максимальную частоту строчной развертки 50 кГц, то на разрешении 1024х768 он сможет обеспечить частоту смены кадров всего лишь около 60 Гц, поэтому на этом разрешении его лучше не использовать.

Аналогично обстоят дела и с полосой видеотракта. Исходя из эргономических норм на частоту вертикальной развертки, монитор, предназначенный для работы с разрешением 1024х768, должен иметь границу полосы видеотракта не ниже 80-85 МГц, а для разрешения – не ниже 135-150 МГц.

4 Управление монитором

Цифровое управление

В отличие от старых 14-дюймовых устройств современные мониторы имеют довольно большое число различных регулировок. Это связано с тем, что они могут поддерживать множество различных видеомод, каждая из которых определяется комбинацией частот синхронизации горизонтальной и вертикальной развертки. Монитор не имеет ни малейшего представления о том, какое на него выводят разрешение. Для монитора главными управляющими сигналами являются именно частоты синхронизации, выдаваемые видеоадаптером, т. е. количество строк, выводимое на экран в каждом кадре, и количество обновлений кадра за секунду (задаваемое соответствующими частотами). А частота изменения интенсивности импульсов в строке (определяющая разрешение по горизонтали) – компетенция исключительно видеоадаптера.

Правда, монитор должен без искажений усилить видеосигналы и подать их на модуляторы. Некоторые мониторы выводят в экранном меню разрешение моды, соответствующее заводским установкам. Но это зависит от способности управляющего микропроцессора “приписать” индицируемое разрешение определенной конфигурации подаваемых частот синхронизации.

Каждая мода требует индивидуальной настройки размеров и положения изображения, а также компенсации геометрических искажений.

Важным достоинством современных аппаратов является наличие в их архитектуре микропроцессора, осуществляющего цифровое управление устройством, и регистров памяти, в которых хранятся параметры установки после выключения монитора. Таким образом, после начальной настройки изображения в выбранной моде монитор в дальнейшем (после возвращения в тот же режим) сам устанавливает все регулировки в нужное положение. Если происходит новая подстройка параметров моды, то запоминаются последние значения. Кроме того, имеется несколько фиксированных заводских установок (Factory Preset Modes, Preset Memory), которые соответствуют наиболее часто встречающимся режимам. Обычно это не самые предельные режимы. Если сигналы синхронизации соответствуют заводским установкам (или имеют отличия в пределах некоторого интервала ошибок), монитор определяет это как стандартную моду и может выставить заданные на заводе параметры.

В документации обычно указываются число заводских установок и их характеристики (частоты синхронизации и соответствующее им разрешение) а также число установок, доступных пользователю (User Memory). Обычно их насчитывается от 10 до 20, что является достаточным для работы с разумным количеством используемых мод.

Говоря о цифровом управлении монитором, стоит упомянуть еще один параметр, который может быть цифровым или аналоговым, - это способ передачи видеосигнала от видеоадаптера. На старых моделях применялась цифровая кодировка интенсивности луча (в ней назначение интенсивности будущего луча оцифровывалось, и каждый разряд передавался либо нулем, либо единицей по всему проводнику), которая позволяла предавать очень небольшое количество цветов (равное количеству проводников), обычно 16. Сейчас в термин “цифровой” вкладывается совсем иной смысл. На современных аппаратах видеосигнал передается в аналоговом виде (т. е. передается последовательность импульсов, а интенсивность луча определяется амплитудами импульсов), что указывается в соответствующем разделе документации и позволяет передавать огромное количество цветов.

Индикация рабочих характеристик

На некоторых мониторах возможна наглядная индикация процесса регулировки. Это позволяет уменьшить количество органов управления, а на ряде устройств – визуально контролировать величину регулируемого параметра. Индикация осуществляется либо при помощи специального окна, появляющегося на экране во время работы с регулировочными органами (OSD – On Screen Display, экранный дисплей), либо на специальном жидкокристаллическом (ЖК) табло, расположенном на передней панели аппаратов с диагональю экрана не менее 17 дюймов. Экранный дисплей многим хорошо знаком по телевизорам с дистанционным управлением, и он получил большое распространение по сравнению с ЖК.

Средства индикации некоторых моделей выводят информацию о текущих частотах синхронизации монитора. Наличие такого индикатора очень облегчает процесс настройки и дальнейший контроль за работой монитора. Есть интеллектуальные OSD, выводящие диагностику о неисправностях видеосистемы, они, например, сообщают об отсутствии управляющих сигналов, что свидетельствует о неисправностях соединительного кабеля или видеоадаптера, или дают знать о том, что частота сигнала синхронизации выходит за пределы возможностей монитора (при попытке вручную установить видеомоду). На некоторых мониторах можно даже выбрать язык экранного меню. Обычно на выбор предлагается несколько европейских языков, среди которых нет русского.

Органы управления

Главным органом управления монитора, как и любого другого устройства, является сетевой выключатель, рядом с которым обычно располагается сетевой индикатор. На многих аппаратах сетевой светодиод делают двух - или трехцветным (или ставят два), и тогда он выполняет дополнительные функции (изменение его цвета указывает на переход в энергосберегающий режим) или является вспомогательным индикатором (также изменяющим цвет или мигающим) во время установки некоторых режимов монитора, если на мониторе нет OSD.

Обязательными органами управления также являются регуляторы яркости (Brightness) и контрастности (Contrast). Они могут быть аналоговыми (в виде обычных потенциометров) или цифровыми (кнопочными). И те и другие имеют свои достоинства и недостатки, но поскольку пользователь быстро к ним привыкает, это вообще не имеет большого значения.

В современных аппаратах предусматривается компенсация многих типов геометрических искажений.

Все без исключения мониторы имеют регуляторы размера и положения изображения. Количество и “ассортимент” других геометрических регуляторов определяется классом устройства и его назначением.

На больших мониторах (17.дюймовых и более) иногда предусматривается подавление муара. Эффект муара возникает, если строка логического изображения составляет малый угол (но отличный от нуля) со строкой, образованной отверстиями теневой маски. Суть компенсации сводится к повороту изображения.

Помимо регуляторов компенсации геометрических изображений на мониторах встречаются следующие органы управления. Кнопка восстановления (Recall, Reset) применяется, если поверх заводской установки записалась пользовательская и необходимо вернуться к начальным значениям для данной моды.

Во время работы происходит намагничивание различных узлов монитора (главным образом теневой маски) под влиянием электронных пучков и магнитного поля Земли, создающих паразитные поля на траектории электронных пучков, что приводит к ухудшению качества изображения и искажению цветов. Для устранения этого эффекта во многих мониторах (особенно 17-дюймовых и выше) предусмотрена кнопка ручного размагничивания (Manual Degaussing). Ряд моделей имеет функцию автоматического размагничивания, которое происходит при включении монитора и/или при изменении режима его работы. Это довольно полезные возможности, особенно для профессиональных приложений.

На некоторых мониторах предусмотрена регулировка цветовой палитры. Наибольшие возможности обеспечивает регулировка, позволяющая плавно изменять основные составляющие цветов (относительные интенсивности электронных пучков ЭЛТ). В последнее время стало принято характеризовать выбранное соотношение интенсивностей пучков цветовой температурой, измеряемой в градусах по шкале Кельвина. Идеология этого метода связана со спектром излучения черного тела: чем выше температура, тем больше в цветовой гамме (спектре) присутствует сине-фиолетовых тонов. Низкая температура характеризуется преобладанием желто-красных оттенков. Хотя человек воспринимает все наоборот: высоким температурным показателям соответствует более “холодные” цветовые оттенки, чем низким.

Бывают мониторы с фиксированными цветовыми температурами, например 6500° и 9000° К; на более совершенных моделях температуру можно плавно менять. Это важно для выполнения профессиональных графических задач.

Некоторые регулировочные элементы, например регулятор фокусировки (Focus), которые используются крайне редко (после транспортировки монитора или его длительной работы), иногда располагаются внутри монитора. Чтобы получить к ним доступ, следует проникнуть через заднюю стенку, воспользовавшись отверткой и вскрыть корпус. Необходимость фокусировки обычно возникает на больших аппаратах (с диагональю экрана не менее 17 дюймов). Кроме того, на них часто предусматривается регулировка наведения лучей (Convergence).

На ряде мониторов можно осуществлять установку чувствительности порога видеоусилителя по входу – настройку на амплитуду 0,7 или 1,0 В. Это иногда бывает нужно при согласовании монитора с особыми видами видеоадаптеров.

На мониторах с диагональю экрана 17-дюймов и выше регуляторов обычно бывает больше, чем на 15-дюймовых аппаратах. Чем шире возможности регулировки, тем лучше качество изображения, занимающего практически всю полезную площадь экрана, демонстрирует монитор.

При выполнении регулировки монитора следует внимательно изучить документацию к нему, поскольку на многих моделях одни и те же управляющие элементы могут осуществлять регулировку различных характеристик. Их функции могут расширяться за счет дополнительных манипуляций (двойного нажатия кнопки, одновременного нажатия кнопки и т. д.), о чем догадаться без документации просто невозможно.

Кроме того, необходимо соблюдать определенные предосторожности, например нельзя долго держать нажатой кнопку размагничивания: это может привести к нарушению пользовательских установок.

Большое внимание уделяется вопросу удобства регулировок, поскольку при первом знакомстве с новым монитором именно удобство, а еще больше неудобство регулировок оставляет достаточно сильное впечатление. Однако при длительной работе время, уделяемое регулировкам будет сокращаться, кроме того, пользователь постепенно привыкает к последовательности необходимых операций.

5 Подключение монитора к компьютеру

Требования к видеоадаптеру

Видеоадаптер в составе видеосистемы выполняет важную роль согласования монитора с системной шиной. Он вырабатывает сигналы синхронизации и видеосигналы красного, зеленого и синего цветов, которые и подаются на входы монитора. Следовательно, видеоадаптер должен обеспечивать выработку этих сигналов в тех частотных диапазонах, которые могут быть реализованы монитором.

Кадр, передаваемый от видеоадаптера монитору, представляет собой матрицу пикселов с числом строк и рядов, равным формируемому разрешению (например, 1024х768 – 1024 вертикальных ряда и768 горизонтальных строк). Каждый пиксель имеет определенный цвет, зависящий от интенсивности трех основных составляющих. Эта матрица с информацией об интенсивности цветов хранится в памяти видеоадаптера.

Количество градаций амплитуды видеоимпульсов, которое в конечном счете определяет количество воспроизводимых аппаратом цветов, зависит от того, сколько двоичных разрядов памяти приходится на каждый пиксель изображения. Если таких разрядов четыре, то число выводимых цветов 24=16, если восемь, то 28 =256. Память видеоадаптера устроена таким образом, что на пиксель может приходиться либо 0,5 байта (четыре разряда), либо целое количество байтов, которое, как правило, не превышает трех (при этом число цветов составляет 224=16 Следовательно, важной характеристикой видеоадаптера является объем установленной на нем памяти, который задает количество цветов, воспроизводимых при данном разрешении.

В табл. 4 приведены показатели объема памяти, необходимые для реализации различных режимов по разрешению и градациям цветов. Поскольку полный объем памяти видеоадаптера может принимать лишь дискретные значения (0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8 Мбайт), то рядом с точным значением в колонке “Память” указан минимальный стандартный объем из этого ряда, ближайший к требуемому значению.

Многие видеоадаптеры имеют 1 или 2 Мбайта памяти, для эффективного использования которой на IBM-совместимых компьютерах сейчас активно внедряется разрешение 1152х864 пикселей. В этом случае 256 и 16 тыс. цветов, соответственно получаются при максимальном объеме памяти (см. табл. 4). Все применяемые в настоящее время разрешения имеют отношения числа строк к числу рядов, равное 3:4.

Таблица 4. Минимальный объем памяти видеоадаптера (в Мбайт), необходимый для реализации различных режимов монитора по разрешению и количеству цветов.

Объем памяти, необходимый для реализации характеристик
Байт на пиксель	0,5	1	2	3
Кол-во цветов	16	256	65,5 тыс.	16,8 млн.
Разрешение	Точно	Минимальный Установленный объем	Точно	Минимальный установленный объем	Точно	Минимальный установленный объем	Точно	Минимальный установленный объем
640х480	0.15	0.25	0.31	0.5	0.61	1	0.92	1
800х600	0.24	0.25	0.48	0.5	0.96	1	1.44	2
1024х768	0.39	0.5	0.79	1	1.57	2	2.36	4
1152х864	0.50	0.5	1.00	1	1.99	2	2.99	4
1280х1024	0.66	1	1.31	2	2.62	4	3.93	4
1600х1200	0.77	1	1.54	2	3.07	4	4.61	8

Чтобы полностью оценить возможности и качество монитора, нужно, чтобы видеоадаптер имел достаточный объем памяти. Кроме того, современные видеоадаптеры имеют функции ускорителей Windows, 3D, видео и т. д.